基于PLC的四節(jié)電梯控制

1、 四層電梯的PLC控制摘 要 電梯是集機電一體的復雜系統(tǒng)，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領域，還要考慮可靠性、舒適感和美學等問題。而對現(xiàn)代電梯而言，應具有高度的安全性。事實上，在電梯上已經(jīng)采用了多項安全保護措施。在設計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。然而，只有電梯的制造，安裝調試、售后服務和維修保養(yǎng)都達到高質量，才能全面保證電梯的最終高質量。在國外，已“法規(guī)”實行電梯制造、安裝和維修一體化，實行由各制造企業(yè)認可的、法規(guī)認證的專業(yè)安裝隊伍維修單位，承擔安裝調試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美

2、國一家保險公司對電梯的安全性做過認真地調查和科學計算，其結論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。掘資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有540億人次之多。目前，由可編程序控制器(PLC)和微機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護方便、開發(fā)周期短，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，己成為電梯控制的發(fā)展方向。 總之，電梯的控制是比較復雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，隨著PLC應用技術的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，

3、功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強、機械與電氣部件有機地結合在一個設備內，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此，它已經(jīng)成為電梯運行中的關鍵技術。關鍵詞：PLC； 電梯的控制；電梯的發(fā)展方向 目 錄摘 要I第一章 緒論11.1電氣控制技術概述11.2 可編程控制器簡介21.3可編程控制器的基本結構和工作原理31.3.1 PLC的基本結構31.3.2 PLC的工作原理41.3.3 PLC執(zhí)行程序的過程及特點51.4 PLC的發(fā)展前景7第二章 四層電梯裝置的控制要求72.1 控制要求72.2四層電梯工作模擬示意圖8第三章 四層電梯裝置的硬件設計83.1 PLC的選型83.1.

4、1 PLC選型原則83.1.2 PLC的技術參數(shù)93.2輸入輸出 I/O口分配統(tǒng)計103.2.1 輸入信號的確定103.3 I/O接線圖13第四章 四層電梯的控制程序設計144.1 PLC程序設計方法簡介144.2四層電梯的系統(tǒng)梯形圖設計14第五章 程序調試方式及過程說明205.1 調試及仿真205.1.1仿真軟件介紹205.2仿真過程及結果20第六章 總結和展望24參考文獻25附錄.26第一章 緒論1.1電氣控制技術概述電氣控制技術在工業(yè)生產、科學研究以及其他各個領域的應用十分廣泛，已經(jīng)成為實現(xiàn)生產過程自動化的重要技術手段之一。盡管電氣控制設備種類繁多、功能各異，但其控制原理、基本線路、設計

5、基礎都是類似的。在工業(yè)、農業(yè)、交通運輸?shù)刃袠I(yè)中都要用到各類生產機械，這些機械的電力拖動及設備主要使用電動機作為動力，例如各種生產流水線等。中國生產的電能約60用于電動機，其中的70以上又用于一般用途的交流異步和同步電動機。因此，掌握電氣控制技術的應用很重要。電氣控制就是通過電氣自動控制方式來控制生產過程。電氣控制線路是把各種有觸點的接觸器、繼電器以及按鈕、行程開關等電氣元件，用導線按一定方式連接起來的控制線路。電氣控制線路能夠實現(xiàn)對電動機及其他執(zhí)行電器的啟停、正反轉、調速及制動等運行方式的控制，所以，電氣控制通常被我們稱為繼電接觸器控制，這種控制方式比較傳統(tǒng)。由于繼電接觸器控制線路圖簡單，裝置

6、簡單容易，價格便宜，抗干擾能力強，它可以很方便地實現(xiàn)簡單和復雜的、集中和遠距離的生產過程的自動控制。但是繼電接觸器控制線路采用固定接線形式，其通用性和靈活性差，一旦做成不易改變，另外不能實現(xiàn)系列化生產。由于采用有觸電的開關電器，觸點易發(fā)生故障，盡管如此，電氣控制線路仍然應用廣泛。雖然不同的生產工藝要求不同的電氣控制線路，但是大多數(shù)都是由一些典型控制環(huán)節(jié)組成的。因此，掌握基本環(huán)節(jié)的典型控制系統(tǒng)，結合具體的控制要求按照由淺入深、循序漸進的步驟，電氣控制線路的閱讀及設計能大致掌握。電氣控制線路有兩種設計方法：一種是經(jīng)驗設計法；另一種是邏輯代數(shù)設計法。兩種設計方法各有利弊，使用時需要根據(jù)生產工藝及一些

7、特殊要求選擇最佳的電氣控制線路。電氣控制線路的各種圖形及文字符號必須按國際標準繪制，典型環(huán)節(jié)需要牢固掌握，以便設計出最省電器設備元件且控制性能最佳的電氣控制線路。目前，電氣控制技術將與其他高新技術相結合，以便更好地控制生產線。1.2 可編程控制器簡介 可程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），乃是一種固態(tài)電子裝置，主要利用輸入輸出裝置的回授信號及儲存程序，控制機械或程序的操作。在工廠自動化（FA）系統(tǒng)中，PLC因為具備價格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應性佳的特點，故一直為自動化業(yè)界所采用。近幾年來，各PLC制造廠家無不致力于新機種的研發(fā)，所以在CPU 處

8、理速度、擴展模塊及通訊的功能上，相較于早期PLC控制器，已有長足的進展。在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller(PC)。 個人計算機(簡稱PC)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Prog

9、rammable Logic Controller(PLC)。 為了避免與個人計算機（ Personal Computer ）PC 這一簡寫名稱術語混亂，仍沿用早期的PLC 表示可編程控制器，但PLC 并不意味著只具有邏輯運算的功能。國際電工委員會在1987年頒布的PLC標準草案中對PLC做了定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外部設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，

10、易于擴展其功能的原則而設計?！蔽覀冞@一次所設計的霓虹燈顯示屏的PLC控制設計采用了日本著名的三菱公司生產的FX1N-48MR作為核心的控制器件，充分發(fā)揮了PLC的優(yōu)越性能，充分考慮到了霓虹燈廣告顯示屏在實際應用各種功能的實現(xiàn)廣泛應用，用最簡單的 PLC指令，能夠實現(xiàn)課程設計所要求的所有控制要求。且本系統(tǒng)所涉及的定時器與中間繼電器軟組件完美組合，完全符合PLC控制系統(tǒng)設計的一般設計方法，能激發(fā)我們的學習興趣。1.3可編程控制器的基本結構和工作原理1.3.1 PLC的基本結構 PLC種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用可編過程控制器實施控制，其實質是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換

11、予以物理實現(xiàn)，應用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。PLC的結構框圖如圖1.1所示。1.3.2 PLC的工作原理PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時響應隨時變化的輸入信號，用戶程序不是執(zhí)行了一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)中，PLC還要完成內部處理，通訊處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段。圖1-2 PLC的掃

12、描過程在內部處理階段，進行PLC自檢，檢查內部硬件是否正常，對監(jiān)視定時器（WDT）復位以及完成其它一些內部處理工作。在通信服務階段，PLC與其它智能裝置實現(xiàn)通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等。當PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時，只完成內部處理和通信服務工作。當PLC處于運行（RUN）狀態(tài)時，除完成內部處理和通信服務工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。PLC的掃描工作方式簡單直觀，便于程序的設計，并為可靠運行提供了保障。當PLC 掃描到的指令被執(zhí)行后，其結果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用，而且還可通過CPU內部設置的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間，避免

13、由于CPU內部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)。1.3.3 PLC執(zhí)行程序的過程及特點1. 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序對所有輸入端的輸入狀態(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 2. 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉指令時，則根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序是否跳轉。當指令中涉及到輸入、

14、輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。 圖1-3 PLC執(zhí)行程序過程示意圖3. 輸出刷新階段 當所有程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸出映像寄存器中與輸出有關的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅動外部負載。 因此，PLC在一個掃描周期內，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當PLC進入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內

15、，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。 在用戶程序中如果對輸出結果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。 對于小型PLC，其I/O點數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度，但使PLC工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。 而對于大中型PLC，其I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中

16、斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式。 從上述分析可知，當PLC的輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入輸出響應滯后。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應該注意的是，這種響應滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設計有關。滯后時間是設計PLC應用系統(tǒng)時應注意把握的一個參數(shù)。1.4 PLC的發(fā)展前景PLC中國市場預期以124的年復合增長率（CAGR）增長，市場份額預計從2006年的接近7.5億美元增長到2013年的15

17、億美元。一些新興行業(yè)的運用以及新能源產生、儲存和基礎設施建設的需要，無疑給PLC帶來了巨大的機遇，特別是在OEM、樓宇自控等低迷的行業(yè)中，將會有很大的起色。 第二章 四層電梯裝置的控制要求2.1 控制要求1.開始時，電梯處于任意一層。 2當有外呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，到達該樓層時，轎廂停止運行，轎廂門打開，延時兩秒后自動關門。 3當有內呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，到達該樓層時，轎廂停止運行，轎廂門打開，延時兩秒自動關門。 4在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果反方向外呼梯信號前方向無其他內、外呼梯信號時，則電梯響應

18、該外呼梯信號。例如，電梯轎廂在一樓，將要運行到三樓，在此過程中可以響應二層向上外呼梯信號，但不響應二層向下外呼梯信號。同時，如果電梯到達三層，如果四層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應三層向下外呼梯信號。否則，電梯轎廂將繼續(xù)運行至四樓，然后向下運行響應三層向下外呼梯信號。5電梯應具有最遠反向外呼梯響應功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯轎廂光上四樓響應響應四層向下外呼梯信號。6電梯未平層或運行時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂停止運行后，按開門按鈕轎廂門打開，按關門按鈕轎廂門關閉。2.2四層電梯工作模擬示意圖 第三章 四層電梯裝

19、置的硬件設計3.1 PLC的選型3.1.1 PLC選型原則 根據(jù)設計要求可知，PLC點數(shù)的選擇，不管是輸入點數(shù)還是輸出點數(shù)都要留有一定的余量，根據(jù)I/O口分配情況可知：輸入信號有14個，輸出信號有17個，根據(jù)I/O點數(shù)可選擇可編程控制器，以滿足控制要求，而且輸入輸出都留有一定的余量。作為主要控制元件：系列是功能很強大的微PLC，課擴展到多達128個 I/O點，并且能增加特殊功能模塊或擴展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項使得在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應用方面非常完美。該機型在運算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進步，是一種小型化、高速度、高性能、各方面都相當于FX系列中最高檔次的超小型的

20、PLC；平均無故障時間可高達30萬小時，具有硬件故障的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)具有配套齊全，功能完善，適用性強的優(yōu)點，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。3.1.2 PLC的技術參數(shù)PLC的技術參數(shù)主要包括一般技術參數(shù)和性能技術參數(shù)。一般技術參數(shù)主要是指PLC產品的工作條件與一般工作環(huán)境的適應程度。PLC是專為工業(yè)控制設計的，充分考慮了工業(yè)環(huán)境種種惡劣因數(shù)。其技術指標如表2-1所示。表3-1 PLC的一般技術參數(shù)環(huán)境溫度055環(huán)境濕度35%89%RH（不結露）抗振JIS C0911標準 1055Hz 0.5mm（最大2G）3軸方向抗沖擊JIS C0912標

21、準10G 3軸方向各3次抗噪聲干擾用噪聲仿真器產生電壓為1000Vp-p, 噪聲脈沖寬度為1s,頻率為30100Hz噪聲。耐壓AC 1500V 1min絕緣電阻5M以上，DC 500V接地第三種接地，不能接地時，亦可浮空3.1.3 PLC控制單臺電梯工作流程3.2輸入輸出 I/O口分配統(tǒng)計3.2.1 輸入信號的確定 名稱 符號 輸入地址 轎廂內四層呼叫按鈕 S4 X000 轎廂內三層呼叫按鈕 S3 X001 轎廂內二層呼叫按鈕 S2 X002 轎廂內一層呼叫按鈕 S1 X003 四層向下召喚按鈕 D4 X004 三層向下召喚按鈕 D3 X005 二層向下召喚按鈕 D2 X006 一層向上召喚按

22、鈕 U1 X007 二層向上召喚按鈕 U2 X010 三層向上召喚按鈕 U3 X011 一層接近開關 SQ1 X012 二層接近開關 SQ2 X013 三層接近開關 SQ3 X014 四層接近開關 SQ4 X0153.2.2 輸出信號的確定 名稱 符號 輸出地址 轎廂內四層呼叫指示燈 L4 Y000 轎廂內三層呼叫指示燈 L3 Y001 轎廂內二層呼叫指示燈 L2 Y002 轎廂內一層呼叫指示燈 L1 Y003 下行指示燈 DOWN Y004 上行指示燈 UP Y005 四層樓層指示燈 SL4 Y006 三層樓層指示燈 SL3 Y007 二層樓層指示燈 SL2 Y010 一層樓層指示燈 SL1

23、 Y011 一層向上召喚指示燈 UP1 Y012 二層向上召喚指示燈 UP2 Y013 三層向上召喚指示燈 UP3 Y014 二層向下召喚指示燈 DN2 Y015 三層向下召喚指示燈 DN3 Y016 四層向下召喚指示燈 DN4 Y017 開門指示燈 OPEN Y020 3.2.3 輔助繼電器 名稱 內部輔助繼電器 四層指示燈輔助 M0 三層指示燈輔助 M1 二層指示燈輔助 M2 一層指示燈輔助 M3 電梯下行輔助 M4 電梯上行輔助 M5 廂內四層指示燈輔助 M6 廂內三層指示燈輔助 M7 廂內二層指示燈輔助 M10 廂內一層指示燈輔助 M11 一層向上召喚指示燈輔助 M12 二層向上召喚指

24、示燈輔助 M13 三層向上召喚指示燈輔助 M14 二層向下召喚指示燈輔助 M15 三層向下召喚指示燈輔助 M16 四層向下召喚指示燈輔助 M17 一層停層輔助 M20 二層停層輔助 M21 三層停層輔助 M22 四層停層輔助 M23 電梯開門輔助 M25 啟動顯示一層輔助 M30 一層向上召喚確定輔助 M31 二層向上召喚確定輔助 M32 二層向下召喚確定輔助 M33 三層向上召喚確定輔助 M34 三層向下召喚確定輔助 M35 四層向下召喚確定輔助 M36 轎廂內一層確定輔助 M37 轎廂內一層確定輔助 M38 轎廂內一層確定輔助 M39 轎廂內一層確定輔助 M40 3.3 I/O接線圖第四章

25、 四層電梯的控制程序設計4.1 PLC程序設計方法簡介可編程控制器是將繼電器控制的概念和設計思想與計算機技術及微電子技術相結合而形成的專門從事邏輯控制的微機系統(tǒng)。在PLC控制系統(tǒng)應用中，梯形圖的往往是最主要的問題。梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術，而且其功能和控制指令已遠遠超過電氣控制范疇。它不僅可實現(xiàn)邏輯運算，還具有算術運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機系統(tǒng)。常用梯形圖程序的設計方法有邏輯代數(shù)法、經(jīng)驗法、翻譯法、啟-保-停法、時序圖法。由于這是一個時序控制性質型的實例，在此我采用的是時序圖法。4.2四層電梯的系統(tǒng)梯形圖設計按照前面所分配的PLC外部I/O接線圖以及與硬件端子對應圖，加上必要的連鎖環(huán)節(jié)設計如4-1所示的梯形圖程序。 圖4-1 四層電梯控制梯形圖 第五章 程序調試方式及過程說明5.1 調試及仿真5.1.1仿真軟件介紹三菱模擬軟件FX-TRN-BEG-C是針對三菱FX系列PLC系列設計的一套模擬仿真軟件，可以幫助初學者掌握和理解FX的指令系統(tǒng)，因此要求初學者必須熟悉三菱PLC的指令格式和輸入方法。梯形圖程序所在的區(qū)域，必須使該區(qū)域處于激活狀態(tài)。運用該軟件可以清楚地看到仿真的效果。5.2仿真過程及結果由于該設計的的輸出信號比較多，